近日，國(guó)際地學(xué)期刊《化學(xué)地質(zhì)學(xué)》在線刊發(fā)了中科院海洋研究所張國(guó)良課題組最新研究成果，首次揭示了西太平洋卡洛琳脊是一個(gè)火山活動(dòng)形成的洋底高原，綜合年代學(xué)和地球化學(xué)分析結(jié)果顯示，卡洛琳洋底高原和東部海山鏈系統(tǒng)形成于同一個(gè)來(lái)自下地幔的地幔柱。
自近半個(gè)世紀(jì)前“地幔柱假說(shuō)”被提出后，常被用來(lái)解釋巨大洋底高原和一系列有年齡序列的海山鏈成因。這個(gè)假說(shuō)假設(shè)一個(gè)來(lái)自上千公里地幔深部的地幔上涌體，從深部上升到淺部后形成了巨大量的巖漿。地幔柱的啟動(dòng)方式非常類似于一個(gè)原子彈的引爆過(guò)程，形成洋底高原的地幔柱“頭”相當(dāng)于引爆過(guò)程的蘑菇云頂部，形成海山鏈的地幔柱“尾巴”相當(dāng)于蘑菇云的頸。如果地幔柱假說(shuō)成立，那么隨著板塊構(gòu)造就一定會(huì)出現(xiàn)有空間聯(lián)系的洋底高原和海山鏈。因此，為了檢驗(yàn)這個(gè)假說(shuō)，就需要證明二者的時(shí)空分布符合板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、且具有共同的源區(qū)組成。然而，地球上的海山鏈和洋底高原大多單獨(dú)存在，還沒(méi)有證據(jù)顯示存在二者成因相連的現(xiàn)象。
卡洛琳海山鏈西端連接一個(gè)巨大的卡洛琳隆起，直徑約600千米。隆起位于馬里亞納島弧南端、雅浦島弧以東的三角區(qū)，是由東、西卡洛琳脊組成?？辶章∑饘?duì)西太平洋島弧系統(tǒng)演化有重要影響，改變了馬里亞納-雅浦島弧系統(tǒng)的構(gòu)造演化軌跡，目前正以小于6毫米/年的極低速率向雅浦海溝匯聚。但是，卡洛琳隆起的地質(zhì)學(xué)性質(zhì)和形成時(shí)代在國(guó)際上一直都不清楚。
張國(guó)良研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)“科學(xué)”號(hào)考察船首次獲得了卡洛琳隆起不同部位的拉斑和堿性玄武巖，研究發(fā)現(xiàn)，這些拉斑玄武巖微量元素與典型的洋底高原玄武巖非常相似，堿性玄武巖在則與東部相連的海山鏈玄武巖幾乎重疊。這些結(jié)果首次證明了西太平洋存在一個(gè)巨大火山活動(dòng)形成的卡洛琳洋底高原。
研究顯示，卡洛琳洋底高原的拉斑玄武巖形成于1500-2400萬(wàn)年之間，明顯老于卡洛琳海山鏈。地球化學(xué)分析還顯示，這個(gè)洋底高原的火山源區(qū)與東部卡洛琳海山鏈可能具有相同來(lái)源。目前已經(jīng)有地球物理和地球化學(xué)證據(jù)顯示，卡洛琳海山鏈的巖漿來(lái)自很深的下地幔。結(jié)合本次研究，作者認(rèn)為卡洛琳高原-海山鏈系統(tǒng)的時(shí)空分布和成因上符合“地幔柱假說(shuō)”的基本模型，這對(duì)進(jìn)一步證實(shí)“地幔柱假說(shuō)”提供了重要證據(jù)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119566
